Teoría de Helicópteros

Si bien mantienen un principio de vuelo común, el número de tipos y diseños de helicópteros no ha dejado de aumentar desde su invención.

Hoy día y según el objetivo para el cual se destine la máquina de vuelo, es posible encontrar diferentes modelos que ofrecen características sensiblemente diferentes. Estabilidad, capacidad, velocidad, consumo, mantenimiento y maniobrabilidad son sólo algunas de las premisas que se buscan y que definen el tipo de helicóptero que mejor se adapta a cada situación.

Naturalmente, cuando se habla de helicópteros de radio control se están introduciendo muchas variantes. Es claro que aunque también son máquinas de vuelo que cumplen los mismos principios, el diseño resulta extremadamente sencillo en caso de compararlo con los helicópteros, digamos, tradicionales.

Los helicópteros de radio control se pueden clasificar en dos grandes grupos según el tipo de alimentación. Los de motor a combustión, que emulan los sistemas tradicionales, y por otro lado los eléctricos, que aprovechando que se trata de sistemas de bajo peso, recurren a las baterías como mecanismo generador de energía.

Los eléctricos, más inestables y livianos, pueden ser divididos a su vez entre los diseñados para vuelo interno (indoor) y los externos (outdoor).

En H1, comenzamos centrándonos en un diseño concreto, el XRB Lama del fabricante Hirobo. Se trata de un helicóptero eléctrico, indoor, de reducidas dimensiones, y que cumple las premisas del proyecto.

Principios de vuelo

Desde un punto de vista físico, un helicóptero se sustenta en el espacio gracias a la masa de aire que es capaz de impulsar mediante sus aspas. Normalmente, dichas aspas o palas estarán conectadas al rotor principal y son las de mayor tamaño.

El movimiento rotatorio de las hélices principales ejercerá a su vez una fuerza sobre el cuerpo del helicóptero en sentido contrario a su rotación, haciendo necesario la aparición del habitual rotor de cola (pequeña hélice acoplada en el extremo trasero del cuerpo) que tiene por objetivo compensar dicha fuerza.

Hasta aquí se ha descripto un diseño de helicóptero tradicional y sencillamente imaginable, pero no se trata del único sistema posible. En el caso del XRB Lama por ejemplo, se ha optado por suprimir el rotor de cola y como se describe a continuación, se deriva hacia un sistema radicalmente diferente, en el que se cuenta con un juego doble de palas en el rotor principal.

Sistema de contrarrotación coaxial

La estructura consiste en una cabeza de rotor principal, sobre la que se monta un rotor secundario que gira en el sentido opuesto, y que tiene por función el cancelar la fuerza inducida de rotación del cuerpo durante el vuelo.

Se trata de un sistema poco habitual en helicópteros convencionales ya que su estructura dispara los costes de mantenimiento (se trabaja con dobles aspas) y limita sumamente la maniobrabilidad de la máquina (inclinaciones, choques entre palas).

Su utilización sin embargo, conlleva ciertos beneficios como son la libertad para reducir las dimesiones del diseño (no hay rotor de cola), así como la altísima estabilidad que es capaz de alcanzar, tanto en estacionario como en rotaciones sobre su eje.

Centrándose en la construcción de un helicóptero de radio control indoor, el sistema de contrarrotación axial presenta más ventajas que inconvenientes, ya que intentando mantener una estructura sencilla, es preferible aumentar la estabilidad y reducir el tamaño en detrenimiento de la velocidad y la maniobrabilidad.

Control interno

Mientras que las aspas cercanas a la cabina, palas B, están directamente conectadas al rotor principal y sujetas por tanto a los comandos enviados por el piloto, las superiores, palas A, son comandadas por un segundo motor y obedecen a un comportamiento controlado internamente y diseñado para aumentar la estabilidad de la máquina de vuelo.

Sobre la cabeza que sujeta las palas A, también se coloca un estabilizador que en función de la inclinación del helicóptero compenzará con su peso el ángulo (pitch) de las aspas y por tanto la potencia de expulsión de aire que son capaces de mover. En otras palabras, el estabilizador se inclinará siguiendo el movimiento del helicóptero e induciendo a su vez el movimiento del cíclico. El ángulo entre la barra del estabilizador y las palas será crucial y aunque teóricamente debe rondar los 90%, es conveniente su ajuste para cada caso particular.

Las aspas B están unidas al rotor principal que en este caso no cuenta con una barra de estabilización y sus movimientos (cíclico, paso fijo) son controlados por dos servosmecanismos.

Finalmente, mientras que las palas B serán las encargadas de controlar la dirección y velocidad, las A tienen por objetivo la estabilización y el control de rotación del mismo.

Ajustes

  • Pesos en los estabilizadores: es posible cambiar los pesos en los extremos del estabilizador. Con pesos menores, la compensación contra las inclinaciones también se reduce, provocando un vuelo más inestable (sensible en rotaciones). Además, el peso global del helicóptero disminuye, resultando en una mayor agilidad de movimientos y en una mayor autonomía de vuelo (duración de la batería).
  • Ángulo (pitch) de las palas principales (B): aumentando el ángulo, aumenta la carga dinámica y el par ejercido contra el viento. La potencia de movimientos es sensiblemente mayor.
  • Ángulo (pitch) de las palas de compensación (A): aumentando el ángulo, aumenta también la carga dinámica con lo que la respuesta de compensación es mayor. Unido al peso de los estabilizadores, permite componer una ecuación adecuada entre estabilidad de vuelo, velocidad de rotación (potencia) y duración de la batería.
  • Giróscopo (Rudder): a través de un potenciómetro, es posible realizar un ajuste del funcionamiento del giróscopo, permitiendo la variación de la velocidad de rotación sobre su propio eje (sensibilidad).
  • Sensibilidad transversal (Aileron): mediante el ajuste de un potenciómetro, se pueden controlar los vicios hacia izquierda o derecha que pudiera tener la máquina debido a su estructura y desgaste (holguras).
  • Sensibilidad direccional (Elevator): variando un potenciómetro es posible controlar los movimientos viciados hacia atrás o adelante.
  • Sensibilidad en gas (Throttle): gracias a un potenciómetro se pueden fijar los márgenes de funcionamiento de la señal de potencia transmitida al motor principal (gas).

 
helis/teoria_de_helicopteros.txt · Última modificación: 2007/01/02 16:28 por peco